Die Möglichkeiten der Nutzung tiefer Geothermie zur Energiegewinnung
in Deutschland werden gegenwärtig im Rahmen des Genesys-Projektes der
BGR anhand der Tiefbohrung Groß Buchholz (b. Hannover) untersucht, die
in in gering durchlässigen Gesteinen (mittlerer Buntsandstein) eine
Tiefe von 3901 m erreicht hat.
Dieser erste Teil der Genesys-Dokumentation beschreibt, unter
Berücksichtigung der vielversprechenden Ergebnisse der
Voruntersuchungen (Horstberg) die technische Planung und Durchführung
der Bohrung Groß Buchholz Gtl und die aus Bohrkleinansprache,
Untersuchungen an Bohrkernen und Auswertungen der Bohrlochmessungen
gewonnenen Erkenntnisse.
Die Untersuchung ist deshalb wichtig, weil die tiefe Geothermie auch
in Deutschland das Potenzial hat, einen nennenswerten Beitrag zur
Energieversorgung zu leisten. Anders als bei den fluktuierenden
Energieträgern Sonne und Wind ist geothermische Energie kontinuierlich
verfügbar, deshalb grundlastfähig und regulierbar. Jedoch ist die
Tiefe Geothermie insbesondere in Norddeutschland aufgrund der
geologischen Verhältnisse nicht auf einfache Weise bereit zu stellen.
1 Einleitung 13
(Peter Gerling & Torsten Tischner)
GeneSys-Pilotprojekt Horstberg 17
2 Die Bohrung Horstberg Z1 19
(Torsten Tischner, Reiner Jatho & Franz Binot)
2.1 Einleitung 19
2.2 Lage und geologische Charakterisierung der Bohrung 20
2.3 Bohrung, Bohrplatz und Testdurchführung 23
2.3.1 Technischer Ausbau der Bohrung 23
2.3.2 Bohrplatz und Versuchsfeld 23
2.3.3 Versuchsaufbau und Messtechnik 27
2.3.4 Komplettierung der Bohrung für die Einbohrlochzirkulation 31
3 Stimulationsmaßnahmen, hydraulische Tests
und geochemische Untersuchungen 35
(Torsten Tischner & Annalena Hesshaus)
3.1 Einleitung 35
3.2 Geophysikalisches Monitoring 35
3.3 Stimulation und hydraulische Tests im Mittleren Buntsandstein 38
3.3.1 Stimulation im Volpriehausen-Sandstein 38
3.3.2 Stimulation im Detfurth-Sandstein 40
3.3.3 Rissdimensionen und Risseigenschaften 43
3.3.4 Nachhaltigkeit der Risserzeugung und Produktivitätssteigerung aus dem Detfurth-Sandstein 49
3.3.5 Hydraulische Tests im Solling-Sandstein 51
3.3.6 Druck- und Spannungsverhältnisse im Mittleren Buntsandstein 55
3.4 Geothermische Nutzungskonzepte 58
3.4.1 Thermische Energiegewinnung im zyklischen Betrieb 58
3.4.2 Einbohrlochzirkulation 62
3.4.3 Einsonden-Zweischichtverfahren 67
3.4.4 Betrachtungen zur Speicherung von mechanischer Energie 68
3.5 Eigenschaften der Fluide im Mittleren Buntsandstein 71
3.5.1 Methodik 72
3.5.2 Hydrogeochemie 72
3.5.3 Gasgeochemie 74
3.5.4 Ausfällungen 75
3.5.5 Radioaktivität 79
3.6 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 83
3.6.1 GeneSys-Pilotprojekt Horstberg 83
3.6.2 Konsequenzen für das GeneSys-Projekt in Hannover 86
GeneSys-Projekt Hannover 89
4 Technische Planung der Bohrung Groß Buchholz Gt1 91
(Reiner Jatho & Michael Kosinowski)
4.1 Nutzungskonzepte und Anforderungen an die Bohrung 91
4.2 Seismische Vorerkundung 92
4.3 Technische Planung der Bohrarbeiten 94
4.3.1 Verrohrung 94
4.3.2 Bohrkontraktor, Bohranlage und Bohrplatz 94
4.3.3 Serviceleistungen 96
4.3.4 Operatorbohrmeister 96
4.4 Genehmigungsverfahren 97
4.4.1 Antrag auf Aufsuchung geothermischer Energie 97
4.4.2 Betriebsplanverfahren 98
5 Technische Durchführung der Bohrung Groß Buchholz Gt1 103
(Reiner Jatho & Michael Kosinowski)
5.1 Einleitung 103
5.2 Bohrplatzbau und Vorarbeiten 104
5.2.1 Bohrplatzbau 104
5.2.2 Setzen des Standrohres 105
5.2.3 Bereitstellen und Errichten einer Schallschutzwand 106
5.2.4 Verlegung eines neuen Stromanschlusses 106
5.3 Bohrtechnischer Ablauf 107
5.3.1 Erster Bohrlochabschnitt (0–1.194,5 m, 17½“) 108
5.3.2 Zweiter Bohrlochabschnitt (1.194,5–2.878 m, 12¼“) 113
5.3.3 Dritter Bohrlochabschnitt (2.878–3.901 m, 8½“) 117
5.3.4 Kerne und Bohrlochmessungen 121
5.4 Bohrkosten und Kostenaufteilung 126
5.5 Öffentlichkeitsarbeit 127
5.6 Resümee der technischen Durchführung der Bohrung 128
6 Litho- und Biostratigrafie 131
(Jochen Erbacher, Carmen Heunisch, Friedrich Wilhelm Luppold,
Thomas Pletsch & Heinz-Gerd Röhling)
6.1 Einleitung 131
6.2 Schichtenverzeichnis 131
(T. Pletsch, J. Erbacher, C. Heunisch, F. W. Luppold & H.-G. Röhling)
6.3 Bio- und lithostratigrafische Gliederung der Unterkreide- bis Jura-Schichtenfolge 134
(F. W. Luppold & C. Heunisch)
6.3.1 Methodik Allgemeine Mikropaläontologie 134
6.3.2 Unterkreide-Schichtenfolge: Minden-Braunschweig- bis Bückeberg-Gruppe,
Peine- bis Deister-Formation: 40–1.350 m 136
6.3.3 Oberjura-Schichtenfolge: Norddeutsche Malm-Gruppe,
Serpulit- bis Heersum-Formation: 1.350–1.595 m 139
6.3.4 Mitteljura-Schichtenfolge: Norddeutsche Dogger-Gruppe,
Ornatenton- bis Opalinuston-Formation: 1.595–1.945 m 140
6.3.5 Unterjura-Schichtenfolge: Norddeutsche Lias-Gruppe,
Jurenisimergel-Formation bis Angulaten- u. Psilonotenschichten: 1.945–2.370 m 141
6.3.6 Log-Korrelation aufgrund mikropaläontologischer Daten 144
6.3.7 Palynologie 144
6.4 Lithostratigrafische Gliederung der Trias 145
(H.-G. Röhling)
6.4.1 Keuper: 2.362–2.850 m 145
6.4.2 Keuper/Muschelkalk-Grenze 154
6.4.3 Muschelkalk: 2.850–3.162 m 155
6.4.4 Buntsandstein: 3.162–? m (ET bei 3.901 m) 159
7 Untersuchungen der Bohrkerne 173
(Henrike Baumgarten, Simone Heinig, Annalena Hesshaus, Wiete Hübner,
Jolanta Kus, Thomas Pletsch, Heinz-Gerd Röhling & Eva Stiller)
7.1 Einleitung 173
7.2 Bohrkerne aus dem Wealden 173
(W. Hübner, H. Baumgarten & A. Hesshaus)
7.2.1 Probenmaterial und Untersuchungsmethoden 174
7.2.2 Petrografische und geochemische Eigenschaften 176
7.2.3 Petrophysikalische Eigenschaften 180
7.2.4 Zusammenfassende Bewertung der Reservoirqualität 184
7.3 Bohrkerne aus der Detfurth- und Volpriehausen-Formation 185
(W. Hübner, H.-G. Röhling, S. Heinig & A. Hesshaus)
7.3.1 Probenmaterial und Untersuchungsmethoden 186
7.3.2 Petrografische und geochemische Eigenschaften 187
7.3.3 Petrophysikalische Eigenschaften 192
7.3.4 Zusammenfassende Bewertung der Reservoirqualitäten 198
7.4 Thermische Reife-Indikatoren im organischen Material 198
(T. Pletsch, J. Kus & E. Stiller)
7.4.1 Frühere Untersuchungen 199
7.4.2 Methoden 199
7.4.3 Ergebnisse und Auswertung 201
7.4.4 Diskussion 201
8 Auswertungen der Bohrlochmessungen 205
(Wiete Hübner, Sabine Hunze, Judith Orilski & Matthias Wellbrink)
8.1 Einleitung 205
8.2 Messprinzipien der Bohrlochsonden 207
8.3 Standard-Bohrlochmessungen 208
8.3.1 Vergleich der Bohrloch- und Kernmessungen 209
8.3.2 Methodik Cluster-Analyse 210
8.3.3 Detailauswertungen 210
8.3.4 Vergleich der Sandsteine unterschiedlicher Teufen 218
8.4 UBI- und FMI-Logs 221
8.4.1 Analyse von UBI- und FMI-Messungen 221
8.4.2 Bohrlochrandausbrüche im UBI-Log 222
8.4.3 Schichtgrenzen im FMI-Log 224
8.4.4 Zugrisse im FMI-Log 224
8.4.5 Klüfte im FMI-Log und im Bohrkern 225
8.5 Temperaturen im Bohrloch 228
8.5.1 Methodik der Wärmeleitfähigkeits- und Wärmestromdichtebestimmung 228
8.5.2 Temperatur und Temperaturgradient 228
8.5.3 Wärmestromdichte und Wärmeleitfähigkeit 231
9 Literaturverzeichnis 233
Anhang 245
Abkürzungsverzeichnis 247
Tafeln 1 und 2 249
Tafeln 3 und 4 (eingelegt am Ende des Buches)
Autoren und Ansprechpartner 257
Inhalt der DVD
(eingelegt am Ende des Buches)
Bohrtechnische Dokumentation der Bohrung Groß Buchholz Gt1
▶ Anlage A – Bohrungsplanung
▶ Anlage B – Technische Durchführung
▶ Anlage C – Schichtenverzeichnis
▶ Anlage D – Kernbeschreibung
▶ Anlage E – Bohrlochlogs
▶ Fotodokumentation
